[科普中國]-解密航母戰(zhàn)機(jī)夜間起降背后的高科技

出品：科普中國軍事科技前沿

作者：于飛（資深科技媒體人）

監(jiān)制：光明網(wǎng)科普事業(yè)部

5月24日，中央電視臺公布了中國航母艦載機(jī)突破夜間起降的畫面。從央視播出的畫面上看，殲-15降落的過程非常平順。這不僅說明中國航母戰(zhàn)機(jī)駕駛員的素質(zhì)非常過硬，也意味著中國航母的自動著艦系統(tǒng)（ACLS）和技術(shù)已相對成熟，我國成為世界上少數(shù)幾個掌握艦載機(jī)夜間起降技術(shù)的國家。據(jù)了解，航母戰(zhàn)機(jī)夜間能平穩(wěn)起降，背后依靠的正是高水平的自動著艦系統(tǒng)和技術(shù)。而航母的艦載機(jī)自動著艦系統(tǒng)和技術(shù)的核心，是通過相關(guān)設(shè)備艦載機(jī)及航母的運(yùn)動，由此得到飛機(jī)降落所需要的航跡，根據(jù)飛機(jī)的狀態(tài)得到修正指令，然后自動控制飛機(jī)降落。

戰(zhàn)機(jī)夜降航母遇兩大挑戰(zhàn) 全自動著艦系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生

航母上的艦載機(jī)夜間起降是一件非常困難的事情。因?yàn)楹侥甘且粋€活動的戰(zhàn)機(jī)平臺，在進(jìn)行艦載機(jī)起降作業(yè)時，航母本身也會高速航行，這樣可以減少艦載機(jī)起飛、降落所需要的速度，獲得更高的最大起飛重量、更好的降落成功率。即使是動力較弱的航母，移動的速度也會達(dá)到26到28節(jié)左右。

想一想，在夜間茫茫大海中，在運(yùn)動的軍艦上，飛行員只能借助自身的探照燈與跑道的標(biāo)志燈等作為參照物進(jìn)行著陸。艦?zāi)革w行甲板比陸地機(jī)場要小的多，并且還在不斷的運(yùn)動之中，海上的氣候、氣流也比陸地復(fù)雜和惡劣，這樣就大大提高了艦載機(jī)著艦的難度。即便經(jīng)驗(yàn)豐富的美國海軍航母航母艦載機(jī)飛行員著艦的時候，著艦一次成功概率也不到50%，大部分需要進(jìn)行復(fù)飛。

對于夜間降落航母的戰(zhàn)機(jī)來說，航母的高速運(yùn)動會帶來兩大挑戰(zhàn)。第一是航母航行時，會在俯仰、側(cè)向等多個方向上都不斷搖晃起伏，姿態(tài)始終處于動態(tài)變化中，這樣會導(dǎo)致航母著艦區(qū)域的甲板高度不斷變化；當(dāng)甲板高度過低時，艦載機(jī)會錯過攔阻索，只能拉起復(fù)飛；而甲板高度過高，艦載機(jī)甚至?xí)苯幼矚г趽P(yáng)起的艦尾上。所以一般艦載機(jī)降落，航母上必須有雷達(dá)，用于精密跟蹤測量艦載機(jī)降落的姿態(tài)軌跡。

第二個挑戰(zhàn)來自于航母的艦島，航母在高速航行時會因?yàn)樽陨碜钃鯕饬鞯淖饔枚诤蠓叫纬煞秶浅４蟮奈蓙y氣流區(qū)域，艦載機(jī)進(jìn)入紊流區(qū)以后飛行姿態(tài)和軌跡會遭受到相當(dāng)大的干擾。所以對于傳統(tǒng)艦載機(jī)駕駛員來說來說，克服混亂氣流的不可預(yù)知影響，精確控制飛機(jī)姿態(tài)和軌跡實(shí)現(xiàn)著艦的表現(xiàn)，一直是他們水平高低的最顯著特征之一。

為了克服這兩大挑戰(zhàn)，美國20世紀(jì)40年代末期就提出了自動化著艦系統(tǒng)的構(gòu)思，但一直到20世紀(jì)80年代中期，才在F18戰(zhàn)斗機(jī)上實(shí)現(xiàn)這一功能的實(shí)用化突破，并成為無人機(jī)自動著艦的技術(shù)基礎(chǔ)。因?yàn)楹侥傅倪@一整套自動著艦系統(tǒng)不僅有著非常高的硬件要求，而且其軟件系統(tǒng)的難度也非常高。一旦成功，艦載機(jī)就無需人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)全自動著艦。

全自動著艦系統(tǒng)的技術(shù)含量很高。從實(shí)現(xiàn)原理上看，航母的交通管制中心首先會引導(dǎo)艦載機(jī)飛到精確跟蹤雷達(dá)的截獲窗口，然后雷達(dá)會一直跟蹤艦載機(jī)，直到著艦前的1.5~1.8秒——此時艦載機(jī)進(jìn)入跟蹤雷達(dá)盲區(qū)。這個過程中，雷達(dá)會不斷測量飛機(jī)的位置，并根據(jù)航母自身的搖擺起伏情況進(jìn)行修正，計(jì)算出當(dāng)前時間內(nèi)，飛機(jī)相對于航母的精確空間關(guān)系。隨后計(jì)算機(jī)會將這一數(shù)據(jù)與事先儲存好的理想著艦軌跡進(jìn)行對比，并一方面將差異數(shù)據(jù)發(fā)送給艦載機(jī)的平顯儀，提示飛行員；另一方面，這些差異數(shù)據(jù)會按照導(dǎo)引規(guī)律進(jìn)行計(jì)算，隨后按每秒10次的頻率不斷發(fā)送給飛機(jī)上的設(shè)備。機(jī)載設(shè)備接受并根據(jù)這些引導(dǎo)信息，通過飛行控制系統(tǒng)不斷糾正飛行姿態(tài)和軌跡，最終讓飛機(jī)按設(shè)置的理想著艦軌跡飛行。

我國航母艦載機(jī)距離“全自動著艦”又近了一步

全自動著艦系統(tǒng)的運(yùn)用，可以讓航母可以高效率出動大批次航母艦載機(jī)，平時可以提高航母艦載機(jī)的訓(xùn)練水平，而戰(zhàn)時可以有效的增強(qiáng)航母打擊能力，更好發(fā)揮航母編隊(duì)的作戰(zhàn)能力。

由于戰(zhàn)機(jī)的全自動著艦技術(shù)比較復(fù)雜，目前，世界上僅有美國、法國的航母系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)全自動著艦功能。而美國航母上真正能自動著艦的，也僅有F18系列、X47B、F35C等型號。其它型號飛機(jī)只能做到半自動引導(dǎo)降落，將飛機(jī)自動引導(dǎo)到最后一段距離，然后飛行員再根據(jù)菲涅耳光學(xué)助降系統(tǒng)的指引著艦。

蘇聯(lián)在解體前開發(fā)了“電阻器”系統(tǒng)，功能和原理類似于全自動著艦，但研制中途即遭遇蘇聯(lián)解體，隨后停滯不前。而且，“電阻器”的實(shí)際水平很低，不僅是各分系統(tǒng)、設(shè)備、部件的性能較差，更重要是在數(shù)據(jù)積累、引導(dǎo)、控制規(guī)律的算法設(shè)計(jì)和軟件編寫上極不成熟，其整體性能勉強(qiáng)相當(dāng)于美國20世紀(jì)70年代的第二代早期型的水平，在實(shí)際使用中只能勉強(qiáng)做到半自動引導(dǎo)。

我國在引進(jìn)“瓦良格”號航母時，并未獲得“電阻器”系統(tǒng)，“瓦良格號”航母還在烏克蘭時，所有重要設(shè)備就已經(jīng)被悉數(shù)拆除，所以我國航母的自動著艦系統(tǒng)應(yīng)該是自主研發(fā)的。

從中國首艘航母“遼寧”艦服役，到這次殲-15首次在上面降落，已經(jīng)過去了五年多時間，現(xiàn)在終于具備了夜間氣象的作戰(zhàn)能力。這也就是說，我國自動著陸系統(tǒng)至少經(jīng)歷了五年研發(fā)時間，離實(shí)現(xiàn)全自動地著艦功能又近了一步。

我國自動著艦系統(tǒng)等航母技術(shù)發(fā)展較晚 但具有后發(fā)優(yōu)勢

和美國、法國的成熟自動著艦系統(tǒng)相比，我國自動著艦系統(tǒng)等航母技術(shù)確實(shí)發(fā)展比較晚。中國海軍從20世紀(jì)80年代開始著手航空母艦的前期技術(shù)準(zhǔn)備工作，其中艦載機(jī)航母起降作為重點(diǎn)領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，在20世紀(jì)90年代在艦載機(jī)起降技術(shù)方面的取得了初步成果，在此基礎(chǔ)上開展了自動著艦系統(tǒng)與飛行控制系統(tǒng)方面的研究。

不過，我國自主研發(fā)全自動的著艦系統(tǒng)，有著巨大的后發(fā)優(yōu)勢——不需走太多的彎路，可以直接沿著最有效率的正確方向高速追趕，就如同在殲10項(xiàng)目上，中國花了20年時間完成了對國外先進(jìn)水平從望塵莫及到能夠同臺競技，又在殲20項(xiàng)目花了10年時間，完成了躋身于世界頂尖行列的壯舉。

從相關(guān)新聞報(bào)道來看，殲-15能夠在計(jì)算機(jī)控制之下自動完成著艦系統(tǒng)，說明中國相關(guān)單位已經(jīng)完成自動著艦系統(tǒng)的研制，憑借后發(fā)優(yōu)勢，殲-15采用了比較先進(jìn)的數(shù)字式三軸四余度電傳操縱系統(tǒng)，能夠與自動著艦系統(tǒng)形成更加緊密的聯(lián)系，這樣就可以像F -18那樣著艦過程之中不需要飛行中的操作，形成真正意義的全自動著艦，這是中國航母航艦載機(jī)領(lǐng)域一個突破。

中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的應(yīng)用也在深入發(fā)展，它可以提供更加精確的位置和航跡，所以中國海軍和相關(guān)單位可以在此基礎(chǔ)上發(fā)展更加先進(jìn)的艦載機(jī)自動著艦系統(tǒng)，，進(jìn)一步提高航母艦載機(jī)的出動能力，尤其是晝夜惡劣氣侯條件下著艦?zāi)芰?，并且為以后的艦載無人作戰(zhàn)飛機(jī)上艦打下基礎(chǔ)。

盡管我國的航母體系才剛建立起來，有些地方還有欠缺，比如艦載和機(jī)載慣性導(dǎo)航設(shè)備的精度。但筆者相信，只要中國奮起直追，將全自動著艦系統(tǒng)研究工作扎扎實(shí)實(shí)的做到實(shí)處，戰(zhàn)機(jī)全天候地自動降落對于我國航母來說并不遙遠(yuǎn)。（本文圖片來自央視視頻截圖）